贵金属纳米结构的局域表面等离激元共振(局限于贵金属纳米结构的电荷密度的集体振动)在光学和光电子学领域的研究中具有重要意义。该共振非辐射弛豫产生的热电子可以跃过金属与半导体之间的肖特基势垒,从金属迁移至半导体,产生光电流。目前,关于光解水反应的研究主要是基于宏观器件,器件中可能包含大量形状、尺寸各异的纳米结构,测得的光电流是这些结构的集体贡献。本论文利用单颗粒表征方法探究了光解水反应中具有特定形状、尺寸的金纳米颗粒的热电子响应。具体内容如下:一、光电化学反应单颗粒表征方法的研究1.针对单颗粒表征的器件制备:将金纳米颗粒分散沉积在溶胶凝胶法制备的氧化钛薄膜上,形成金/氧化钛纳米结构。2.光电化学响应成像系统的研制:基于LabVIEW编程,研制了单纳米颗粒光电响应的测试系统。3.单个金纳米颗粒光电响应的表征:光电流随着施加偏压、激光功率、颗粒尺寸的增加而增加,但基本不受光入射角度影响;光电流还与金/氧化钛界面结构有关,在氧化钛半埋状态下金纳米颗粒的光电流是在氧化钛表面的两倍,全埋状态下的光电流为负值。二、光电转化效率的分析及热电子产生机理研究对单个金纳米颗粒的光电流进行分析,我们发现光电转化效率与颗粒尺寸成反比。进一步的,我们利用时域有限差分法计算得到了金纳米颗粒光吸收的效率;通过计算表面等离激元阻尼得到了热电子产生的效率;利用COMSOL有限元方法计算金纳米颗粒的温度并得到了反应的效率。最后,我们通过实验和理论计算的对比分析了转化效率对金纳米颗粒的尺寸依赖关系,并揭示了热电子产生过程的机理。本论文的研究提供了一种单颗粒水平的光电化学反应微观表征手段,有利于进一步开展金/氧化钛光解水相关体系的反应机理研究。